Применение фторопластовых, керамических клапанов в производстве оксида алюминия

Производство оксида алюминия методом углекислотного выщелачивания

В последние годы были разработаны комплексные технологические решения по переработке алюминийсодержащего сырья с высоким содержанием 

оксида алюминия (более 30%). Такой подход находит применение при производстве углеродного электродного сырья и оксида алюминия.

●Метод углекислотного выщелачивания основан на использовании золы и угольной пыли, содержащих оксид алюминия. Технология предусматривает 

следующие стадии: подготовка шихты, растворение, разделение и очистка растворов, упаривание, кристаллизация, прокаливание, а также кислотная 

регенерация. В ходе переработки образуются побочные продукты (шлак, сточные воды), содержащие ценные компоненты, такие как галлий, железо, 

кремний и др., которые могут быть дополнительно извлечены и использованы, обеспечивая комплексное и безотходное использование минерального 

сырья.

●Растворение является ключевым этапом процесса. Смесь золы и пара подаётся в растворную колонну, где при строго заданных температуре и давлении 

происходит выщелачивание оксида алюминия. Процесс реализуется при умеренной температуре и пониженном давлении, что требует высокой точности 

в управлении параметрами.

Для технологических операций (включая реакционные котлы, растворные резервуары и кислотные контуры) необходимы надёжные трубопроводные 

клапаны, способные выдерживать воздействие высоких температур, агрессивных кислотных сред и продуктов кристаллизации. Наиболее эффективными 

в этих условиях являются два типа запорно-регулирующей арматуры:

1.Фторопластовые (PTFE/PFA) клапаны, отличающиеся высокой химической стойкостью к соляной кислоте и щелочам;

2.Керамические клапаны, обладающие высокой термостойкостью и устойчивостью к абразивному износу.

Использование данных типов арматуры обеспечивает стабильность процесса, снижение затрат на обслуживание и продление срока службы оборудования.

Фторопластовые клапаны, поставляемые компанией W&T

Клапаны с фторопластовым покрытием, поставляемые компанией W&T, отличаются высокой химической стойкостью и надёжностью в агрессивных 

средах. Все внутренние поверхности, контактирующие со средой, защищены футеровкой из фторопластов, таких как PTFE (F4), FEP (F46) и PFA. 

Это предотвращает прямой контакт металлических деталей с коррозионно-активными веществами, существенно продлевая срок службы арматуры и 

повышая надёжность эксплуатации.

Основные типы фторопластов и их свойства:

PTFE (F4) — политетрафторэтилен

●Обладает исключительно высокой химической стойкостью, инертен к практически всем кислотам, щелочам, окислителям и органическим растворителям. 

Единственные вещества, способные воздействовать на него — расплавы щелочных металлов, фтор и фторид хлора.

К преимуществам относятся:

1.Низкий коэффициент трения;

2.Отличные антиадгезионные свойства;

3.Высокая термостойкость (до 250 °C);

4.Исключительная коррозионная стойкость.

Недостатки:

1.Плохая технологичность при обработке — не поддаётся традиционным методам литья или экструзии, применяется формование с последующим спеканием.

FEP (F46) — сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена

●Обладает термостойкостью до 200 °C при непрерывной эксплуатации.

Преимущества:

1.Хорошая химическая стойкость;

2.Более высокая технологичность по сравнению с PTFE;

3.Возможность обработки методами экструзии и литья под давлением;

4.Рабочий температурный диапазон от −85 до +200 °C.

5.Используется преимущественно для футеровки клапанов, работающих при температурах до 150 °C.

PFA — модифицированный фторопласт (полифлуороалкоксил)

●Объединяет лучшие свойства PTFE и FEP:

1.Повышенная механическая прочность;

2.Устойчивость к высокотемпературной эксплуатации (до 260 °C кратковременно, до 250 °C — непрерывно);

3.Возможность термопластической обработки (литьё, экструзия);

4.Высокая химическая стойкость к кислотам, щелочам и органическим соединениям.

5.Применяется в клапанах, работающих в высокотемпературных и агрессивных условиях.

Применение фторопластовых клапанов в технологических системах

Фторопластовые клапаны (запорные, обратные, предохранительные, дроссельные) активно используются в системах растворения и кислотной переработки, 

включая:

●Кислотные трубопроводы;

●Паропроводы;

●Высокотемпературные линии поглощения водяного пара;

●Системы кислотного выщелачивания при температуре до 150 °C.

●Наиболее типичные проблемы, выявленные при эксплуатации — коррозия, разгерметизация, утечки в местах сопряжения. Особенно часто отказ 

элементов происходит при температуре выше 150 °C. После перехода на клапаны с футеровкой из PFA отказоустойчивость оборудования значительно 

улучшилась, что соответствует требованиям современных технологических процессов.

Технические рекомендации по эксплуатации фторопластовых (фторированных) клапанов.

Перед вводом в эксплуатацию фторопластовых клапанов необходимо убедиться в соответствии параметров, указанных на паспортной табличке, 

требованиям технологической системы и характеристикам транспортируемой среды. Направление потока через корпус клапана должно совпадать с 

направлением движения рабочей среды в трубопроводе.

1.Монтажные положения:

●Установка клапана должна производиться строго в горизонтальной плоскости, в естественном положении, с направлением штока вертикально вверх.

Это исключает осевые нагрузки, вызванные деформацией трубопровода, способные нарушить герметичность или привести к выходу клапана из строя.

2.Особенности эксплуатации:

●Не допускается принудительное открытие/закрытие фторированных клапанов за счёт чрезмерного усилия на приводной шток — это может привести 

к повреждению фторопластовой футеровки.

●При эксплуатации во внутренних агрессивных средах (кислоты, щёлочи) замена клапанов должна проводиться при полной остановке участка и обязательной 

изоляции от действующих трубопроводов. Запрещены любые работы под давлением.

●Ремонт допускается только после полной промывки и нейтрализации клапанов, с соблюдением всех требований охраны труда.

3.Регулирующие функции:

●При необходимости регулировки потока следует использовать специализированные регулирующие клапаны. Применение запорных или обратных 

клапанов в качестве регулирующих не допускается, так как это вызывает ускоренный износ и повреждение защитной футеровки.

4.Монтаж на фторопластовых трубопроводах:

●При соединении с трубопроводами, облицованными фторопластом, не допускается установка клапанов без соответствующего фланцевого уплотнения.

В случае утечки рабочей среды через корпус допускается равномерная затяжка крепёжных соединений средней части корпуса для восстановления 

герметичности. Однако затяжка должна производиться строго по диагонали, равномерно, без перекосов и превышения допустимого крутящего момента.

Керамические клапаны в системах производства оксида алюминия

●Керамические клапаны изготавливаются из высокопрочных конструкционных керамических материалов, обладающих высокой чистотой, износостойкостью 

и коррозионной стойкостью. Благодаря высокой прочности на сжатие, твердости и сопротивлению растяжению, керамика обеспечивает долговечность 

и надежную работу арматуры, что значительно повышает безопасность и стабильность технологических систем. Эти клапаны находят широкое применение 

в нефтехимической, химической и металлургической промышленности.

●Типовая трёхсекционная конструкция керамического клапана оснащается встроенной буферной эластичной прокладкой, обеспечивающей стабильное 

и герметичное уплотнение, устойчивое к агрессивным средам. В зависимости от требований технологического процесса, штоки клапанов могут быть 

выполнены из различных материалов: керамики, фторопласта, титана или тантала — для обеспечения требуемых механических и антикоррозионных 

характеристик.

●Корпус и рабочие элементы изготавливаются из конструкционной керамики, что обеспечивает низкий крутящий момент, малое гидравлическое 

сопротивление и полную герметичность. Применение керамических шаров высокого качества позволяет реализовать функции открытия, закрытия и 

регулирования в условиях воздействия высоких температур, агрессивных химических веществ и абразивных частиц.

Особенности эксплуатации:

Перед вводом в эксплуатацию керамических клапанов в трубопроводах с новой или агрессивной средой необходимо выполнить следующие процедуры:

1.Полностью открыть клапан;

2.Промыть трубопровод от загрязнений (стекловолокно, ржавчина, осадки и пр.);

3.После промывки перевести клапан в рабочее положение.

При эксплуатации регулирующих керамических клапанов рекомендуется:

●Изначально открывать клапан на полную величину, а затем устанавливать требуемое положение регулирования только после очистки трубопровода;

●Избегать термошоков (резких перепадов температуры), чтобы не допустить разрушения керамических элементов;

●Не применять избыточное усилие при заедании клапана — необходимо устранить причину заедания (например, дисбаланс давления или загрязнения 

среды).

Типовые неисправности:

В условиях эксплуатации с высокой кислотностью и температурой повреждения керамических клапанов обычно связаны со следующими причинами:

●Разрыв штока;

●Трещины в керамических элементах;

●Утечки через дисковый затвор;

●Повреждение уплотнительных керамических прокладок;

●Коррозия корпуса в местах посадки уплотнений.

Отмечено, что импортные керамические клапаны обладают более высокой надёжностью и сроком службы по сравнению с отечественными аналогами. 

Однако за последние годы, благодаря улучшению технологий производства, национальные производители значительно сократили отставание в качестве, 

при этом сохраняя конкурентное ценовое предложение.

Вывод:

Фторопластовые и керамические клапаны обладают уникальными преимуществами и должны подбираться с учётом конкретных условий эксплуатации 

в технологической системе. Необходима дальнейшая оптимизация материалов, конструкторских решений и контроля качества производства клапанов 

для более эффективного применения в системах получения оксида алюминия по технологии углеродной кислотной обработки. Это обеспечит безопасную, 

устойчивую и эффективную работу оборудования в тяжёлых производственных условиях.